DE102009003793A1

DE102009003793A1 - Shape of a shroud of a turbine blade

Info

Publication number: DE102009003793A1
Application number: DE102009003793A
Authority: DE
Inventors: Robert A. Brittingham
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2009-10-29
Also published as: FR2931190A1; CN101655014A; JP2009264378A; US8057186B2; CN101655014B; US20090263248A1

Abstract

Es ist eine Turbinenlaufschaufel (28) offenbart, die ein Schaufelblatt (36) enthalten kann, das ein Deckband (50) aufweist, wobei das Deckband (50) eine Kante (52, 54) aufweist; wobei die Kante (52, 54) ein Profil im Wesentlichen entsprechend den Werten X und Y eines kartesischen Koordinatensystems aufweist, wie sie in Tabelle 1 an den Punkten 1-14 angegeben sind, wobei X und Y Abstände repräsentieren, die durch die Anwendung eines gemeinsamen Multiplikators proportional skaliert werden können und die, wenn sie skaliert und miteinander verbunden sind, das Profil der Kante (52, 54) des Deckbands (50) definieren.A turbine blade (28) is disclosed which may include an airfoil (36) having a shroud (50), the shroud (50) having an edge (52, 54); wherein the edge (52, 54) has a profile substantially corresponding to the values X and Y of a Cartesian coordinate system, as given in Table 1 at points 1-14, where X and Y represent distances caused by the application of a common Multipliers can be scaled proportionally and, when scaled and interconnected, define the profile of the edge (52, 54) of the shroud (50).

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNGBACKGROUND TO THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft Turbinenlaufschaufeln, die ein Schaufelblatt und ein von dem Schaufelblatt getragenes Deckband aufweisen. Insbesondere betrifft die Erfindung Kantenprofile für ein Deckband.The The present invention relates to turbine blades comprising an airfoil and a shroud supported by the airfoil. Especially The invention relates to edge profiles for a shroud.

Turbinenlaufschaufeln weisen typischerweise ein Schaufelblatt, eine Plattform, einen Schaft und einen Schwalbenschwanz auf. Der Schwalbenschwanz ist im Betrieb in einem komplementären Schlitz in einem Turbinenlaufrad gesichert. Auf vielen Schaufelblättern werden integrale Deckbänder an dem äußeren radialen Ende des Schaufelblatts verwendet, um eine äußere Fläche des Kanals zu erzeugen, durch den die heißen Gase hindurchströmen müssen. Das Vorsehen des Deckbandes als einen Teil des Schaufelblatts erhöht typischerweise den Wirkungsgrad des Turbinentriebwerks. Darüber hinaus steigern größere Deckbänder im Allgemeinen die Leistungsfähigkeit eines Triebwerks mehr als kleinere. Als solches ist es in einer Hinsicht wünschenswert, die gesamte radiale Außenfläche des Schaufelblatts von einem relativ großen Deckband abdecken zu lassen.Turbine blades typically have an airfoil, a platform, a shaft and a swallowtail on. The swallowtail is in operation in a complementary Slot secured in a turbine wheel. Be on many shovels integral shrouds at the outer radial end of the airfoil used to create an outer surface of the channel, through the hot gases flow through have to. The provision of the shroud as a part of the airfoil typically increases the efficiency of the turbine engine. In addition, larger hoops increase in the Generally the efficiency an engine more than smaller ones. As such, it is in one Desirable, the entire radial outer surface of the To cover the blade of a relatively large shroud.

Im Betrieb werden die Deckbänder aufgrund der mechanischen Kräfte, die über die Rotationsgeschwindigkeit des Turbinentriebwerks ihnen zugeführt werden, hohen Belastungen ausgesetzt. Die Hochtemperaturumgebung der Turbine gepaart mit dem hohen Belastungsniveaubeschleunigt die Rate, mit der sich diese Teile verformen, was deren Nutzungsdauer verkürzt. Demzufolge ist es wünschenswert, dass das Deckband relativ klein und seinem Gewicht nach leicht bleibt, so dass betriebsbedingte Belastungen reduziert werden. Es ist übliche Praxis, bestimmte Abschnitte des Deckbandes zu entfernen, so dass sein Gewicht und die daraus resultierenden Betriebsbelastungen reduziert werden, während gleichzeitig wesentliche Abschnitte des Deckbandprofils um der Triebwerksleistung willen intakt gehalten werden. Beim Konstruieren von Deckbändern stellt das Auffinden der geeigneten Balance zwischen diesen widerstreitenden Zielen – d. h. der verlängerten Nutzungsdauer der Teile und effizienten Triebwerksleistung – eine Herausforderung dar. Somit gibt es einen stetigen Bedarf an Deckbandkantenprofilen, die diese beiden Ziele in effektiver Weise erfüllen.in the Operation are the shrouds due to the mechanical forces, the above the rotational speed of the turbine engine are supplied to them exposed to high loads. The high temperature environment of the turbine coupled with the high load level, the rate accelerates with which deforms these parts, which shortens their useful life. As a result, it is desirable that the shroud remains relatively small and light in weight, so that operational burdens are reduced. It is common practice to remove certain sections of the shroud, leaving its weight and the resulting operating burdens are reduced, while at the same time essential sections of the shroud profile to the engine performance will be kept intact. When constructing shrouds poses Finding the right balance between these conflicting ones Aiming - d. H. the extended one Useful life of the parts and efficient engine performance - a challenge Thus, there is a continuing need for shroud edge profiles, which effectively accomplish these two goals.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die vorliegende Anmeldung beschreibt somit eine Turbinenlaufschaufel, die ein Schaufelblatt enthalten kann, das ein Deckband aufweist, wobei das Deckband eine Kante aufweist; wobei die Kante ein Profil im Wesentlichen in Übereinstimmung mit den Werten X und Y in einem kartesischen Koordinatensystem aufweist, wie sie in Tabelle 1 in den Punkten 1–14 angegeben sind, wobei X und Y Abstände bzw. Entfernungen repräsentieren, die mit einem gemeinsamen Faktor proportional skaliert werden können und die, wenn sie skaliert und miteinander verbunden sind, das Profil der Kante des Deckbandes definieren. In einigen Ausführungsformen sind die X- und Y-Werte gemäß der Tabelle 1 in Zoll angegebene Entfernungen, die, wenn sie durch glatte fortlaufende Bögen verbunden werden, das Profil der Kante des Deckbandes definieren. Das Profil der Kante kann in einer Hülle innerhalb von +/– 0,064 Zoll in einer senkrechten Richtung zu jeder Stelle entlang der Kante liegen. Die Kante kann eine Vorderkante des Deckbandes der Turbinenlaufschaufel sein. In einigen Ausführungsformen kann die Turbinenlaufschaufel konstruiert sein, um als eine Turbinen laufschaufel der zweiten Stufe einer Gasturbine bzw. eines Gasturbinentriebwerks betrieben zu werden.The present application thus describes a turbine blade, which may include an airfoil having a shroud, the shroud having an edge; where the edge is a profile essentially in agreement having the values X and Y in a Cartesian coordinate system, such as they are given in Table 1 in items 1-14, where X and Y distances or represent distances, which can be proportionally scaled by a common factor and which, when scaled and interconnected, the profile define the edge of the shroud. In some embodiments are the X and Y values according to the table 1 distances indicated in inches, which, if passing through smooth continuous Bows connected will define the profile of the edge of the shroud. The profile The edge can be in a shell within +/- 0.064 Inches in a vertical direction to any point along the edge. The edge may be a leading edge of the shroud of the turbine blade be. In some embodiments The turbine bucket may be constructed to run as a turbine bucket the second stage of a gas turbine or a gas turbine engine to be operated.

Die vorliegende Anmeldung beschreibt ferner eine Turbinenlaufschaufel, die ein Schaufelblatt enthalten kann, das eine Deckband aufweist, wobei das Deckband eine Kante aufweist. Die Kante kann ein Profil im Wesentlichen in Übereinstimmung mit den Werten X und Y und Z in einem kartesischen Koordinatensystem aufweisen, wie sie an den Punkten 1–14 in der Tabelle 1 angegeben sind. Die X-, Y- und Z-Werte können Entfernungen in Zoll repräsentieren, die, wenn sie durch glatte, stetig fortgesetzte Bögen miteinander verbunden werden, das Profil der Kanten des Deckbandes definieren. Das Profil der Kante kann in einer Hülle innerhalb von +/– 0,064 Zoll in einer senkrechten Richtung zu jeder Stelle entlang der Kante liegen. Die X-, und Y- und Z-Werte, wie sie in der Tabelle 1 angegeben sind, können als Funktion derselben Zahl skalierbar sein, um ein vergrößertes oder verkleinertes Profil der Kante des Deckbandes ergeben. In einigen Ausführungsformen kann die Kante eine Vorderkante des Deckbandes der Turbinenlaufschaufel sein. Die Turbinenlaufschaufel kann konstruiert sein, um als eine Turbinenlaufschaufel der zweiten Stufe eine(s) Gasturbine(ntriebwerks) zu arbeiten.The The present application further describes a turbine blade, which may include an airfoil having a shroud, wherein the shroud has an edge. The edge can be a profile essentially in agreement having the values X and Y and Z in a Cartesian coordinate system, as at points 1-14 are given in Table 1. The X, Y and Z values can be distances in inches, which, when passing through smooth, steadily-continued bows together connected to define the profile of the edges of the shroud. The profile of the edge can be inside a shell within +/- 0.064 Inches in a vertical direction to any point along the edge lie. The X, and Y and Z values as given in Table 1 are, can be scalable as a function of the same number to an enlarged or reduced profile of the edge of the shroud result. In some Embodiments may the edge is a leading edge of the shroud of the turbine blade be. The turbine bucket may be constructed to be one Second Stage Turbine Blade One (s) Gas Turbine (Engine) to work.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden beim sorgfältigen Studium der folgenden detaillierteren Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen angegeben sind, besser verständlich und geschätzt:These and other objects and advantages of the invention will become apparent upon careful study In the more detailed description of exemplary embodiments of the invention, given in conjunction with the accompanying drawings, better understood and appreciated:

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Heißgaspfads durch mehrere Stufen einer Gasturbine und veranschaulicht eine beispielhafte Turbine, in der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung funktionieren kann; 1 shows a schematic representation of a hot gas path through multiple stages of a gas turbine and illustrates an exemplary turbine in which an embodiment of the present invention may function;

2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften herkömmlichen Turbinenlaufschaufel, auf der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeiten kann; 2 FIG. 12 is a perspective view of an exemplary conventional turbine blade on which an embodiment of the present invention may operate; FIG.

3 zeigt eine alternative perspektivische Ansicht der in 2 gezeigten Turbinenlaufschaufel; und 3 shows an alternative perspective view of the in 2 shown turbine blade; and

4 zeigt eine Draufsicht eines Deckbandes, das an einer Kante ein Profil gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. 4 shows a plan view of a shroud having a profile at one edge according to an exemplary embodiment of the present invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION THE INVENTION

Bezug nehmend auf die Zeichnungen zeigt 1 einen allgemein mit 10 bezeichneten Heißgaspfad einer Gasturbine 12, die mehrere Turbinenstufen enthält. Es sind drei Stufen dargestellt. Eine erste Stufe kann mehrere in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Leitapparate oder -schaufeln 14 und Turbinenlaufschaufeln oder Schaufeln 16 enthalten. Die Leitschaufeln 14 der ersten Stufe sind im Allgemeinen in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnet und um die Achse des (nicht gezeigten) Rotors herum fixiert. Die Laufschaufeln 16 der ersten Stufe können an einem Turbinenlaufrad 17 montiert sein, damit sie sich um den Rotor herum drehen, wenn heiße Gase durch den Heißgaspfad 10 expandieren. Eine zweite Stufe der Turbine 12 ist ebenfalls dargestellt. Die zweite Stufe kann in ähnlicher Weise mehrere in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Leitapparate bzw. -schaufeln 18 und mehrere in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Laufschaufeln 20 enthalten, die auf einem Turbinenlaufrad 17 montiert sind. Eine dritte Stufe ist ebenfalls dargestellt und enthält mehrere in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Leitapparate bzw. -schaufeln 22 und Laufschaufeln 24, die auf einem Turbinenrad 17 montiert sind. Es ist zu beachten, dass die Leitschaufeln und die Laufschaufeln in dem Heißgaspfad 10 der Turbine 12 liegen, wobei die Richtung der Strömung des heißen Gases durch den Heißgaspfad 10 durch den Pfeil 26 angedeutet ist.Referring to the drawings 1 a general with 10 designated hot gas path of a gas turbine 12 containing several turbine stages. There are three stages shown. A first stage may be a plurality of circumferentially spaced apart nozzles or vanes 14 and turbine blades or blades 16 contain. The vanes 14 The first stage are generally circumferentially spaced apart and fixed about the axis of the rotor (not shown). The blades 16 the first stage can be on a turbine runner 17 be mounted so that they rotate around the rotor when hot gases through the hot gas path 10 expand. A second stage of the turbine 12 is also shown. The second stage may similarly comprise a plurality of circumferentially spaced apart nozzles 18 and a plurality of circumferentially spaced apart blades 20 included on a turbine wheel 17 are mounted. A third stage is also shown and includes a plurality of circumferentially spaced apart nozzles or vanes 22 and blades 24 on a turbine wheel 17 are mounted. It should be noted that the vanes and blades in the hot gas path 10 the turbine 12 lie, with the direction of the flow of hot gas through the hot gas path 10 through the arrow 26 is indicated.

Wie ein Fachmann versteht, enthält eine herkömmliche Turbinenlaufschaufel, wie sie allgemein in den 2 und 3 mit 28 gekennzeichnet ist, gewöhnlich eine Plattform 30, einen Schaft 32 und einen Schwalbenschwanz 34, der dazu verwendet wird, die Laufschaufel mit einem Turbinenlaufrad (nicht gezeigt) zu verbinden. Die Turbinenlaufschaufel 28 enthält ferner ein Schaufelblatt oder Flügelprofil 36, das im Allgemeinen entlang der mittleren Längserstreckung der Laufschaufel 28 verläuft. Entlang des Schaufelblatts 36 weist die Laufschaufel 28 im Wesentlichen einen Querschnitt eines Tragflügels auf. Aufgrund dieser Form veranlasst die Strömung der Heißgase im Betrieb die Laufschaufelstufe, um den Rotor herum zu rotieren, so dass die Energie der expandierenden Heißgase in mechanische Energie des rotierenden Rotors umgewandelt wird.As one of ordinary skill in the art understands, a conventional turbine blade as generally taught in US Pat 2 and 3 With 28 usually a platform 30 a shaft 32 and a swallowtail 34 used to connect the blade to a turbine runner (not shown). The turbine blade 28 also includes an airfoil or airfoil 36 , which is generally along the middle longitudinal extent of the blade 28 runs. Along the airfoil 36 points the blade 28 essentially a cross-section of an airfoil. Due to this shape, the flow of the hot gases during operation causes the blade stage to rotate about the rotor, so that the energy of the expanding hot gases is converted into mechanical energy of the rotating rotor.

Wie ferner in den 2 und 3 dargestellt, enthält die Turbinenlaufschaufel 28 ferner eine herkömmliche Deckplatte bzw. ein Deckband 38. Das Deckband 38, das im Allgemeinen als integraler Teil der Laufschaufel 28 an dem äußeren radialen Ende des Schaufelblatts 36 angeformt ist, stellt einen Oberflächenbereich bereit, der im Wesentlichen senkrecht zu der Schaufelblattoberfläche verläuft, so dass er die Spitze bzw. Oberseite des Schaufelblatts bedeckt oder verschließt. Im Betrieb steht das Deckband 38 an gegenüberliegenden Enden mit den beiden benachbarten Deckbändern der benachbarten Laufschaufeln derart in Eingriff, dass ein den Heißgaspfad umgebender, ungefähr kreisringförmiger Ring oder Mantel an der Stelle der Laufschaufelstufe gebildet wird. Dieser Kreisring hält die sich ausdehnenden Gase des Heißgaspfads an dem Schaufelblatt (d. h. er erlaubt es den Gasen nicht, über das Ende des Schaufelblatts hinweg zu gleiten), so dass ein größerer prozentueller Anteil der Energie aus dem Arbeitsfluid durch die Turbinenlaufschaufeln in mechanische Energie umgewandelt werden kann. Im Allgemeinen verbessern Deckbänder somit die Leistungsfähigkeit von Gasturbinentriebwerken.As further in the 2 and 3 shown contains the turbine blade 28 Furthermore, a conventional cover plate or a shroud 38 , The shroud 38 which is generally considered an integral part of the blade 28 at the outer radial end of the airfoil 36 is formed provides a surface area that is substantially perpendicular to the airfoil surface so as to cover or close the top of the airfoil. In operation, the shroud is 38 at opposite ends with the two adjacent shrouds of the adjacent blades engaging such that an approximately annular ring or jacket surrounding the hot gas path is formed at the location of the blade stage. This annulus holds the expanding gases of the hot gas path on the airfoil (ie, does not allow the gases to slip over the end of the airfoil), so that a greater percentage of the energy from the working fluid is converted to mechanical energy by the turbine blades can. In general, shrouds thus improve the performance of gas turbine engines.

Typischerweise ist es im Hinblick auf die Triebwerksleistungsfähigkeit wünschenswert, relativ große Deckbänder zu haben, so dass jedes das gesamte äußere radiale Ende des Schaufelblatts passend abdeckt. Wie ein Fachmann versteht, werden die Deckbänder im Betrieb aufgrund ihrer auskragenden Last und der Dreh geschwindigkeit des Turbinentriebwerks hohen Belastungen ausgesetzt. Diese Belastungen gekoppelt mit der Hochtemperaturumgebung der Turbine beschleunigen die Rate, mit der Kriechen bewirkt, dass sich die Turbinelaufschaufeln verformen, was natürlich die Nutzungsdauer dieser Teile verkürzt. Demzufolge ist zur Förderung einer langen Nutzungsdauer der Turbinenlaufschaufeln wünschenswert, dass die Deckbänder relativ klein und leicht bleiben. Angesichts dieser konkurrierender Ziele, d. h. Nutzungsdauer der Teile gegen Triebwerksleistung, ist es übliche Praxis, bestimmte Abschnitte des Deckbands zu entfernen (was oft als „bogenförmiges Ausschneiden” oder „Ausbogen” des Deckbands bezeichnet wird), so dass das Gewicht und die auskragende oder freitragende Last des Deckbands reduziert sind, was eine Reduktion von betriebsbedingten Belastungen zur Folge hat, während gleichzeitig wesentliche Abschnitte des Deckbands um der Triebwerksleistung willen intakt gehalten werden.Typically, in terms of engine performance, it is desirable to have relatively large shrouds so that each suitably covers the entire outer radial end of the airfoil. As one skilled in the art understands, the shrouds are exposed during operation due to their cantilevered load and the rotational speed of the turbine engine high loads. These stresses, coupled with the high temperature environment of the turbine, accelerate the rate at which creep causes the Turbine blades deform, which of course shortens the useful life of these parts. Accordingly, to promote a long service life of the turbine blades, it is desirable that the shrouds remain relatively small and lightweight. In view of these competing goals, ie service life of the parts against engine performance, it is common practice to remove certain portions of the shroud (often referred to as "bow cut" or "shim" of the shroud) such that the weight and the cantilever or cantilever The load on the shroud is reduced, resulting in a reduction of operational loads while at the same time keeping substantial portions of the shroud intact for the sake of engine performance.

4 veranschaulicht eine Draufsicht auf ein Deckband 50 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung dar. Wie ein Fachmann versteht, enthält das Deckband 50 eine Vorder- und eine Hinterkante 52 bzw. 54. D. h. die Kanten 52 und 54 liegen an gegenüberliegenden axial weisenden Seiten des Deckbands 50 in dem Heißgaspfad, wobei die Vorderkante 52 im Wesentlichen stromaufwärts weist und die Hinterkante 54 im Wesentlichen stromabwärts gerichtet ist. In 4 sind ferner mehrere mit 1 bis 14 nummerierte Punkte veranschaulicht, die ein Kantenprofil des Deckbands 50 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung definieren, was in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben ist. Es ist zu beachten, dass 4 das Kantenprofil (d. h. die Punkte 1 bis 14) zeigt, wie es sich an der Vorderkante 52 des Deckbandes befindet. Dies ist nur beispielhaft. Ein Fachmann wird erkennen, dass in einigen Ausführungsformen das durch die Punkte 1 bis 14 abgegrenzte Kantenprofil an sowohl der Vorderkante 52 als auch der Hinter kante 54 des Deckbandes 50 oder lediglich an der Hinterkante 54 angeordnet sein kann. Ferner ist die beispielhafte Ausführungsform gemäß der 4 primär anhand ihrer Funktion an Deckbändern in Gasturbinen(triebwerken) beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass andere Funktionen möglich sind, wie z. B. die Verwendung skalierter Versionen in eine Dampfturbine oder in Flugtriebwerken. 4 illustrates a plan view of a shroud 50 according to an exemplary embodiment of the present application. As one skilled in the art understands, the shroud contains 50 a front and a rear edge 52 respectively. 54 , Ie. the edges 52 and 54 lie on opposite axially facing sides of the shroud 50 in the hot gas path, with the leading edge 52 essentially upstream and the trailing edge 54 is directed substantially downstream. In 4 Also illustrated are a plurality of dots numbered 1 through 14, which is an edge profile of the shroud 50 according to an exemplary embodiment of the present application, which is described in more detail below. It should be noted that 4 the edge profile (ie points 1 to 14) shows how it is at the leading edge 52 of the shroud is located. This is just an example. One skilled in the art will recognize that, in some embodiments, the edge profile defined by points 1 through 14 is at both the leading edge 52 as well as the rear edge 54 of the shroud 50 or only at the trailing edge 54 can be arranged. Furthermore, the exemplary embodiment according to the 4 primarily described by their function on shrouds in gas turbines (engines). However, one skilled in the art will recognize that other functions are possible, such as: For example, the use of scaled versions in a steam turbine or in aircraft engines.

Insbesondere, aber nicht darauf beschränkt, kann die beispielhafte Ausführungsform nach 4 in einigen Ausführungsformen als ein Deckband auf einer Laufschaufel der zweiten Stufe in einem Gasturbinentriebwerk verwendet werden. Ferner, aber nicht darauf beschränkt, kann die beispielhafte Ausführungsform aus 4 in einigen Ausführungsformen als ein Deckband in einer 7FA + e Gasturbine, eingesetzt werden, die von der General Electric Company (”GE”) aus Schenectady, New York, hergestellt wird. Schließlich, aber nicht darauf beschränkt, kann die beispielhafte Ausführungsform aus 4 in einigen Ausführungsformen als ein Deckband auf einer Laufschaufel der zweiten Stufe in einer 7FA + e Gasturbine verwendet werden, die von der General Electric Company (”GE”) aus Schenectady, New York, hergestellt wird.In particular, but not limited to, the exemplary embodiment may 4 in some embodiments, may be used as a shroud on a second stage bucket in a gas turbine engine. Further, but not limited to, the exemplary embodiment may be 4 in some embodiments, as a shroud in a 7FA + e gas turbine manufactured by General Electric Company ("GE") of Schenectady, New York. Finally, but not limited to, the example embodiment may be made 4 in some embodiments, may be used as a shroud on a second stage bucket in a 7FA + e gas turbine manufactured by the General Electric Company ("GE") of Schenectady, New York.

Um die Form des Deckbandkantenprofils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung zu definieren, kann ein eindeutiger Satz oder eine Ortskurve von Punkten im Raum skizziert werden. Wie in der nachfolgenden Tabelle 1 veranschaulicht und in 4 angezeigt, kann die Ortskurve, die das Deckbandkantenprofil gemäß der vorliegenden Erfindung definiert, einen Satz von 14 Punkten mit den Koordinaten X, Y und Z relativ zu dem Ursprungskoordinatensystem enthalten. Insbesondere ist, wie ein Fachmann verstehen wird, das Koordinatensystem bezüglich des Schaufelblatts festgelegt und vollständig durch die Punkte A, B und C definiert, wie sie in den 2 und 3 veranschaulicht sind. Die Punkte A und B können beide ungefähr 39,600 Zoll über der Mittellinie des Rotors im kalten Zustand angeordnet sein. Der Punkt A kann an dem Schnittpunkt der mittleren Wölbungslinie (oder Skelettlinie) des Schaufelblatts mit der Oberfläche der Vorderkante liegen. Der Punkt B kann an dem Schnittpunkt der mittleren Wölbungslinie des Schaufelblatts mit der Oberfläche der Hinterkante liegen. Der Punkt C kann 49,862 Zoll oberhalb der Mittellinie des kalten Rotors angeordnet sein und liegt an dem Schnittpunkt zwischen der mittleren Wölbungslinie des Schaufelblatts und der Oberfläche der Hinterkante des Schaufelblatts. Der Ursprung des Koordinatensystems kann in dem Punkt A angeordnet sein. Die Punkte A und B können die positive X-Achse definieren. Die Punkte A, B und C können die positive X-Z-Ebene definieren. Die Y-Achse kann dann mit der Methode der Rechte-Hand-Regel definiert werden.To define the shape of the shroud edge profile in accordance with an exemplary embodiment of the present application, a unique set or locus of points in space may be outlined. As illustrated in Table 1 below and in 4 1, the locus defining the shroud edge profile according to the present invention may include a set of 14 points having the coordinates X, Y, and Z relative to the origin coordinate system. In particular, as one skilled in the art will understand, the coordinate system is fixed with respect to the airfoil and is fully defined by the points A, B and C as shown in FIGS 2 and 3 are illustrated. Points A and B may both be located approximately 39.600 inches above the centerline of the rotor in the cold state. The point A may be located at the intersection of the mean camber line (or skeleton line) of the airfoil with the surface of the leading edge. The point B may be at the intersection of the mean curve of the airfoil with the surface of the trailing edge. The point C may be located 49.862 inches above the centerline of the cold rotor and is located at the intersection of the mean curvature line of the airfoil and the surface of the trailing edge of the airfoil. The origin of the coordinate system may be located at the point A. Points A and B can define the positive X axis. Points A, B and C can define the positive XZ plane. The Y-axis can then be defined using the right-hand rule method.

Wie angegeben, kann das kartesische Koordinatensystem aus X, Y und Z-Werten, die unten in der Tabelle 1 angegebenen sind, das Profil der Vorderkante 52 des Deckbands 50 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung definieren. Insbesondere kann das Profil der Vorderkante 52 durch die Punkte definiert werden, die so aufgelistet sind, dass das Profil der Vorderkante 52 konstruiert werden kann, indem in etwa glatte, stetig fortlaufende Bögen durch die gelisteten Punkte definiert werden. Die Koordinatenwerte für die X, Y und Z-Koordinaten sind in der Tabelle 1 in Zoll angegeben, obwohl bei geeigneter Umrechnung der Werte andere Maßeinheiten verwendet werden können.As indicated, the Cartesian coordinate system of X, Y, and Z values given in Table 1 below may be the profile of the leading edge 52 of the shroud 50 according to an embodiment of the present application. In particular, the profile of the leading edge 52 are defined by the points that are listed so that the profile of the leading edge 52 can be constructed by defining approximately smooth, continuous arcs through the listed points. The coordinate values for the X, Y, and Z coordinates are given in inches in Table 1, although other units of measure may be used if the values are properly converted.

Wie ein Fachmann erkennen wird, sind die Koordinatenwerte ferner in Tabelle 1 auf drei Dezimalstellen berechnet und dargestellt, um das Profil der Vorderkante 52 des Deckbands 50 zu bestimmen. Diese Punkte repräsentieren die Form der Kante bei nominal kalter Temperatur oder Raumtemperatur. Wenn sich das Deckband im Betrieb erwärmt, bewirken mechanische Belastungen und Temperatur eine Veränderung der X-, Y- und Z-Koordinaten. Entsprechend repräsentieren die in der Tabelle 1 angegebenen Werte für die Schaufelblattgestalt Umgebungsbedingungen außer Betrieb oder im nicht heißen Zustand. Ferner gibt es typische Herstellungs- und Beschichtungstoleranzen, die bei der Bestimmung des tatsächlichen Profils der Schaufelblattform mit berücksichtigt werden müssen. Man wird deshalb erkennen, dass typische +/– Herstellungstoleranzen, d. h. +/– Werte, einschließlich jeglicher Beschichtungsdicken, zu den X- und Y-Werten, wie sie in Tabelle 1 nachstehend angegeben sind, zu addieren sind. Entsprechend kann ein Abstand von +/– 0,064 Zoll in einer senkrechten Richtung zu der Kante, die durch die Punkte 1–14 definiert ist, das beispielhafte Profil der Vorderkante 52 gemäß der Ausführungsform nach Tabelle 1 definieren. Somit kann eine Abweichung innerhalb des Toleranzwertes (d. h. von +/– 0,064 Zoll) zwischen gemessenen Punkten auf dem Profil der Vorderkante 52 bei nominal kalter oder Raumtemperatur und der idealen Position dieser Punkte, wie sie in der Tabelle unten angegeben sind, vorliegen sein. Das Kantenprofil ist innerhalb dieser Schwankungsbreite robust, ohne dass die mechanische Funktion beeinträchtigt wird. Zusätzlich wird ein Fachmann verstehen, dass ein größerer Toleranzbereich angewandt werden kann, wenn bestimmte Modifikationsarten an dem Deckband 50 vorgenommen wurden, nachdem das Teil den Ort der Turbine erreicht hat. Solch eine lokale Modifikation – manchmal als „lokales Blending (Ausgleich)” bezeichnet – kann z. B. von einem Techniker mit einer Handschleifmaschine, die eingesetzt werden kann, um einen Defekt wegzuschleifen, oder durch ähnliche Verfahren durchgeführt werden. Wenn diese Arten von lokalen Modifikationen mit berücksichtigt werden, kann ein zusätzlicher Toleranzwert von ungefähr +/– 0,020 Zoll verwendet werden. D. h. wenn ein lokales Blending oder andere ähnliche lokale Modifikationspraktiken durchgeführt werden, ist das Kantenprofil im Allgemeinen bis zu einem erweiterten Toleranzbereich (d. h. von +/– 0,084 Zoll), ohne dass die mechanische Funktion beeinträchtigt wird.) Die Koordinaten der Tabelle 1 sind wie folgt: TABELLE 1 Punkt # X (Zoll) Y (Zoll) Z (Zoll) 1 –0,288 3,315 10,883 2 –0,179 3,084 10,891 3 –0,069 2,852 10,898 4 –0,022 2,665 10,904 5 –0,050 2,474 10,911 6 –0,075 2,251 10,918 7 0,039 1,987 10,926 8 0,249 1,840 10,931 9 0,413 1,739 10,934 10 0,527 1,584 10,939 11 0,656 1,311 10,948 12 0,785 1,037 10,957 13 0,913 0,764 10,966 14 1,042 0,491 10,974 As one skilled in the art will appreciate, the coordinate values are further calculated in Table 1 to three decimal places and shown to be the profile of the leading edge 52 of the shroud 50 to determine. This punk te represent the shape of the edge at nominal cold temperature or room temperature. As the shroud heats up during operation, mechanical stresses and temperature cause a change in the X, Y, and Z coordinates. Accordingly, the values for the blade shape shown in Table 1 represent environmental conditions out of operation or in the non-hot state. Furthermore, there are typical manufacturing and coating tolerances that must be taken into account when determining the actual profile of the blade form. It will therefore be appreciated that typical +/- manufacturing tolerances, ie, +/- values, including any coating thicknesses, are to be added to the X and Y values shown in Table 1 below. Accordingly, a distance of +/- 0.064 inches in a direction perpendicular to the edge defined by points 1-14 may be the exemplary profile of the leading edge 52 according to the embodiment according to Table 1 define. Thus, a deviation within the tolerance value (ie, +/- 0.064 inches) between measured points on the profile of the leading edge 52 at nominal cold or room temperature and the ideal position of these points, as indicated in the table below. The edge profile is robust within this range of variation without impairing the mechanical function. In addition, one of ordinary skill in the art will understand that a wider tolerance range can be applied when certain types of modifications to the shroud 50 after the part has reached the location of the turbine. Such a local modification - sometimes referred to as "local blending" - may e.g. By a technician with a hand grinder that can be used to grind a defect away, or by similar methods. If these types of local modifications are taken into account, an additional tolerance value of about +/- 0.020 inches may be used. Ie. when performing local blending or other similar local modification practices, the edge profile is generally up to an extended tolerance range (ie, +/- 0.084 inches) without affecting the mechanical function.) The coordinates of Table 1 are as follows: TABLE 1 Point # X (inches) Y (inches) Z (inches) 1 -0.288 3,315 10.883 2 -0.179 3,084 10.891 3 -0.069 2,852 10.898 4 -0.022 2,665 10.904 5 -0.050 2,474 10.911 6 -0.075 2,251 10.918 7 0,039 1,987 10,926 8th 0.249 1,840 10.931 9 0.413 1,739 10.934 10 0.527 1,584 10.939 11 0.656 1,311 10.948 12 0,785 1,037 10,957 13 0.913 0.764 10.966 14 1,042 0.491 10,974

Ein Fachmann wird erkennen, dass das in der obigen Tabelle offenbarte Deckbandkantenprofil geometrisch auf- oder abskaliert werden kann, um in anderen Turbinenstufen oder anderen Turbinentypen zur Anwendung zu kommen, einschließlich der Verwendung in einer Dampfturbine oder in einem Flugzeugtriebwerk. Folglich können die in der Tabelle 1 angegebenen Koordinatenwerte proportional vergrößert oder verkleinert werden, so dass die Schaufelblattform proportional unverändert bleibt. Die skalierte Version der Koordinaten in Tabelle 1 wäre durch die X-, Y- und Z-Koordinatenwerte gemäß Tabelle 1 gekennzeichnet, wobei die X- und Y- und Z-Koordinaten mit einer konstanten Zahl multipliziert oder durch eine solche dividiert wären. Ferner wird ein Fachmann verstehen, dass die Z-Koordinaten in der Tabelle 1 angegeben sind, obwohl, wie die Werte aus Tabelle 1 anzeigen, das Kantenprofil des Deckbands in der Z-Richtung im Wesentlichen konstant ist. Dies vorausgegangen, ist es ferner verständlich, dass das beanspruchte Kantenprofil in einigen Ausführungsformen als eine zweidimensionale Form definiert werden kann, die durch die X- und Y-Koordinaten aus der Tabelle 1 bei einem im Wesentlichen konstanten Z-Koordinatenwert definiert ist. D. h., die Kante des Deckbandes ist in einem im Wesentlichen konstanten radialen Abstand zu dem Rotor angeordnet.One One skilled in the art will recognize that the one disclosed in the above table Shroud edge profile can be geometrically up- or downscaled, used in other turbine stages or other turbine types to come, including use in a steam turbine or in an aircraft engine. consequently can the coordinate values given in Table 1 are proportionally increased or be reduced so that the blade blade remains proportionally unchanged. The scaled version of the coordinates in Table 1 would be through the X, Y and Z coordinate values are shown in Table 1, where the X and Y and Z coordinates multiplied by a constant number or by such would be divided. Further, one skilled in the art will understand that the Z coordinates in the Table 1, although, as shown in Table 1, the edge profile of the shroud in the Z direction substantially is constant. This preceded, it is also understandable that the claimed edge profile in some embodiments as a two-dimensional shape can be defined by the X and Y coordinates from Table 1 at a substantially constant Z coordinate value is defined. That is, the edge of the shroud is essentially in one arranged constant radial distance to the rotor.

Wie oben im Hinblick auf die Triebwerksleistung beschrieben, ist es im Allgemeinen wünschenswert, relativ große Deckbänder zu haben, so dass sie das gesamte äußere radiale Ende des Schaufelblattes adäquat abdecken oder verschließen. Im Betrieb wird diese überhängende oder auskragende Last jedoch aufgrund der Rotationsgeschwindigkeit des Turbinentriebwerks im Allgemeinen sehr hoch beansprucht. Diese Beanspruchungen, gekoppelt mit der Hochtemperaturumgebung der Turbine, können die Teilenutzungsdauer der Turbinenlaufschaufeln verkürzen. Demzufolge ist es im Hinblick auf die Ausdehnung der Nutzungsdauer von Turbinenlaufschaufeln mit integralen Deckbändern wünschenswert, dass die Deckbänder relativ klein und leicht bleiben.As It is described above in terms of engine performance generally desirable, relatively size shrouds so that they cover the entire outer radial end of the airfoil adequate cover or close. In operation, this becomes overhanging or projecting load, however, due to the rotational speed of the Turbine engine generally very high stress. These stresses, coupled with the high temperature environment of the turbine, the Shorten the service life of the turbine blades. As a result, It is with regard to the extension of the service life of turbine blades with integral shrouds desirable, that the shrouds stay relatively small and light.

Die Deckbandgestalt gemäß der vorliegenden Erfindung gleicht in effektiver Weise diese konkurrierenden Ziele gegeneinander ab, so dass sowohl das Ziel der Nutzungsdauer der Teile als auch das der Triebwerksleistung erfüllt werden. D. h., die Deckbandform gemäß der vorliegenden Erfindung schafft ein Profil, das effektiv die Oberseite des Schaufelblatts abdeckt, während betriebsbedingte Spannungen auf akzeptablen Niveaus gehalten werden. Zusätzlich sorgt die Deckbandform gemäß der vorliegenden Anmeldung verglichen mit anderen herkömmlichen Deckbandformen für andere betriebliche Effizienzverbesserungen, einschließlich z. B. einer Stufenluftflusseffizienz, verbesserter Aeromechanik, reduzierter Wärmespannungen und reduzierter mechanische Spannungen. Wie ein Fachmann versteht, kann die Effektivität der Deckbandform gemäß der vorliegenden Erfindung durch numerische Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, CFD); traditionlle Analyse der Strömungsdynamik; Euler- und Navier-Stokes-Gleichungen; Übergangsfunktionen, Algorithmen, Herstellung: manuelle Positionierung, Strömungstests (z. B. in Windkanälen) und Modifikation des Deckbandes; in-situ-Tests; Modellieren: Anwendung wissenschaftlicher Prinzipien auf den Entwurf oder die Entwicklung von Deckbändern, Maschinen, Vorrichtungen oder Herstellungsprozessen; Deckbandströmungstests und -Änderungen; Kombinationen von diesen und andere Konstruktionsprozesse und -praktiken verifiziert werden. Diese Bestimmungsmethoden sind lediglich beispielhafter Natur und sollen die Erfindung in keiner Weise beschränken.The Shroud shape according to the present Invention effectively matches these competing goals against each other, so that both the goal of the useful life of the Parts as well as that of the engine performance are met. That is, the shroud shape according to the present Invention provides a profile that effectively the top of the airfoil covering while operational tensions are kept at acceptable levels. additionally provides the shroud shape according to the present application compared with other conventional ones Shroud forms for other operational efficiency improvements, including B. a staged airflow efficiency, improved aeromechanics, reduced thermal stress and reduced mechanical stresses. As a specialist understands can the effectiveness the shroud form according to the present Invention by numerical flow simulation (Computational Fluid Dynamics, CFD); traditional analysis of fluid dynamics; Euler and Navier-Stokes equations; Transition functions, Algorithms, manufacturing: manual positioning, flow tests (eg in wind tunnels) and modification of the shroud; in situ tests; Modeling: Application scientific principles on the design or development of shrouds, Machines, devices or manufacturing processes; Shroud flow tests and changes; Combinations of these and other design processes and practices be verified. These determination methods are merely exemplary Nature and are not intended to limit the invention in any way.

Während die Erfindung in Verbindung mit der zur Zeit als die praktischste und bevorzugteste angesehenen Ausführungsform beschrieben ist, sollte es verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt sein soll; vielmehr soll sie viele Modifikationen und äquivalente Anordnungen einschließen, die in dem Rahmen und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche liegen.While the Invention in conjunction with the currently considered the most practical and most preferred embodiment is described, it should be understood be that the invention is not limited to the disclosed embodiment limited should be; rather, it is said to have many modifications and equivalents Include arrangements, which are within the scope and scope of the appended claims.

Es ist eine Turbinenlaufschaufel 28 offenbart, die ein Schaufelblatt 36 enthalten kann, das ein Deckband 50 aufweist, wobei das Deckband 50 eine Kante 52, 54 aufweist; wobei die Kante 52, 54 ein Profil im Wesentlichen entsprechend den Werten X und Y eines kartesischen Koordinatensystems aufweist, wie sie in Tabelle 1 an den Punkten 1–14 angegeben sind, wobei X und Y Abstände repräsentieren, die durch die Anwendung eines gemein samen Multiplikators proportional skaliert werden können und die, wenn sie skaliert und miteinander verbunden sind, das Profil der Kante 52, 54 des Deckbands 50 definieren.It is a turbine blade 28 discloses an airfoil 36 may contain a shroud 50 has, wherein the shroud 50 an edge 52 . 54 having; being the edge 52 . 54 has a profile substantially corresponding to the values X and Y of a Cartesian coordinate system, as indicated in points 1 to 14 in Table 1, where X and Y represent distances that can be scaled proportionally by the application of a common multiplier; when scaled and connected together, the profile of the edge 52 . 54 of the shroud 50 define.

1010: HeißgaspfadHot gas path
1212: Gasturbinegas turbine
1414: Leitapparate der ersten Stufenozzles the first stage
1616: Laufschaufeln der ersten Stufeblades the first stage
1717: Turbinenradturbine
1818: Leitapparate der zweiten Stufenozzles the second stage
2020: Laufschaufeln der zweiten Stufeblades the second stage
2222: Leitapparate der dritten Stufenozzles the third stage
2424: Laufschaufeln der dritten Stufeblades the third stage
2828: TurbinenlaufschaufelTurbine blade
3030: Plattformplatform
3232: Schaftshaft
3434: Schwalbenschwanzdovetail
3636: Schaufelblattairfoil
3838: Deckbandshroud
5050: Deckbandshroud
5252: Vorderkanteleading edge
5454: Hinterkantetrailing edge

Claims

Turbine blade ( 28 ), which is an airfoil ( 36 ) containing a ceiling tape ( 50 ), wherein the ceiling strip ( 50 ) an edge ( 52 . 54 ) having; where the edge ( 52 . 54 ) has a profile substantially corresponding to X and Y values in a Cartesian coordinate system as indicated at points 1-14 in Table 1, where X and Y denote distances that can be proportionally scaled by a common factor, and which, when scaled and connected together, the profile of the edge ( 52 . 54 ) of the shroud ( 50 ) define.

Turbine blade ( 28 ) according to claim 1, wherein the X and Y values of Table 1 represent distances given in inches which, when joined together by smooth, continuous arcs, represent the profile of the edge ( 52 . 54 ) of the shroud ( 50 ) define.

Turbine blade ( 28 ) according to claim 1, wherein the profile of the edge ( 52 . 54 ) in a shell within +/- 0.064 inches in a direction perpendicular to each location along the edge ( 52 . 54 ) lies.

Turbine blade ( 28 ) according to claim 1, wherein the edge ( 52 . 54 ) a leading edge ( 52 ) of the shroud ( 50 ) of the turbine blade ( 28 ) having.

Turbine blade ( 28 ) according to claim 1, wherein the turbine blade ( 28 ) is arranged to be used as a turbine stage of a second stage in a gas turbine ( 12 ) to work.

Turbine blade ( 28 ), which is an airfoil ( 36 ) containing a ceiling tape ( 50 ), wherein the shroud ( 50 ) an edge ( 52 . 54 ) having; where the edge ( 52 . 54 ) has a profile substantially corresponding to values X and Y and Z in a Cartesian coordinate system as indicated at points 1-14 in Table 1, where X and Y and Z are distances in inches which, when the Points are connected by smooth, continuous arcs, the profile of the edge ( 52 . 54 ) of the shroud ( 50 ) define.

Turbine blade ( 28 ) according to claim 6, wherein the profile of the edge ( 52 . 54 ) in a shell within +/- 0.064 inches in a direction perpendicular to each location along the edge ( 52 . 54 ) lies.

Turbine blade ( 28 ) according to claim 6, wherein the X and Y and Z values given in Table 1 are scalable as a function of the same number to provide an up and down scaled profile of the edge ( 52 . 54 ) of the shroud ( 28 ).

Turbine blade ( 28 ) according to claim 6, wherein the edge ( 52 . 54 ) a leading edge ( 52 ) of the shroud ( 50 ) of the turbine blade ( 28 ) having.

Turbine blade ( 28 ) according to claim 6, wherein the turbine blade ( 28 ) is configured to act as a second stage turbine blade of a gas turbine engine ( 12 ) to be operated.